2016-08-04
Персональний сайт В'ячеслава Горчіліна
Всі статті
Ламповий метод підвищення ККД другого роду
Метод доступний для спільного патентування
Цей метод заснований на рух електронів у вакуумі, в постійному електричному полі. В такому полі заряди створюють електронне хмара, напрямок руху якого можна періодично міняти, тим самим збільшуючи ККД другого роду — \(\eta_2\). По-іншому цей підхід можна назвати методом утилізації електронної плазми. Цей принцип відображає наступний малюнок на якому представлені:
  • VL1 — вакуумна лампа з анодом і катодом, відстань між якими дорівнює \(l\);
  • SW1 — перемикач, що має два положення SW1.1 і SW1.2;
  • R — активний опір;
  • V1, V2 — джерела напруги. V1 — напруга роботи лампи в прямому включенні, V2 — напруга в зворотному включенні.
Ламповый метод повышения КПД второго рода
Робота пристрою досить проста. У перший момент часу замкнутий перемикач SW1.1 і негативне напруга через R1 поступає на катод лампи. З катоди вириваються електрони і розганяючись з прискоренням \(a_1\) досягають анода. Як тільки перші з них підлітають до анода перемикач переходить в положення SW1.2 і на катод, щодо анода, подається плюс. Між анодом і катодом виникає зворотне електричне поле, і заряди починають зворотний рух, проходячи в цей раз через активний опір \R\). Прискорення електронів в цей раз також може бути інше, позначимо його \(a_2\).
Збільшення \(\eta_2\) позначаємо коеффіцентом \(K_{\eta2}\) і знаходимо його так: \[ K_{\eta2} = {W_R \over W_1 + W_2} \] де: \(W_R\) — енергія проходить через \R\), \(W_1\) — енергія витрачена на переміщення зарядів в період замкнутого SW1.1, \(W_2\) — енергія витрачена на зворотне переміщення зарядів в період замкнутого SW1.2. \(K_{\eta2}\) має складну залежність, але в найбільш простому вигляді її можна виразити так: \[ K_{\eta2} = 3{I_2 \ R \over V_1 + V_2 - I_2 \ R } \] де: \(I_2\) — струм через \R\) у другій період часу, коли замкнутий SW1.2.
Якщо позначити струм через VL1 в перший момент часу (замкнутий SW1.1), як(I_1\), то співвідношення між струмами можна буде виразити так: \[ {I_2 \over I_1} = \sqrt {a_2 \over a_1} \] Прискорення будуть знаходитися за формулами: \[ a_1 = {e \, V_1 \over m \ l}, \quad a_2 = {e \over m \ l} (V_2 - I_2\,R) \] де: \(e\) — заряд електрона, \(m\) — його маса, \l\) — довжина між анодом і катодом лампи. З цього випливає, що: \[ I_2 = {I_1^2 \ R \over 2 \, V_1} \left[ \sqrt {1 + 4{V_1\,V_2 \over I_1^2 \ R^2} } - 1 \right] \] Рівняння досить заплутане, тим більше, що \(a_2\) має бути більше нуля, а значить \(I_2\R\) має бути менше \(V_2\). Тому, для спрощення формули введемо коефіцієнти \(g\) \(k\): \[ g = {I_1^2\R^2 \over V_1\,V_2} = {k^2 \over 1 - k}, \quad k \lt 1 \] \[ k = {I_2\R \over V_2} = {g \over 2} \left[ \sqrt {1 + {4 \over g}} - 1 \right] \] Тоді формула для струму сильно спроститься: \[ I_2 = {k \, V_1 \over R} \] а загальна формула стане куди більш зрозумілою: \[ K_{\eta2} = {3 \ k \over 1 - k + V_2/V_1} \] Розглянемо найбільш простий в плані схемотехнічній реалізації випадок, коли \(V_2 / V_1 = 1\), при цьому \(k = 0.9\). Тоді \(K_{\eta2}\) збільшується в 2.45 рази. Активний опір при цьому знаходиться так: \(R = 2.85{V_1 \over I_1}\).
Далі, розглянемо для прикладу ще один варіант, коли \(V_2 / V_1 = 0.5\), при цьому \(k = 0.9\). Тоді \(K_{\eta2}\) збільшується вже в 4.5 рази. Активний опір при цьому знаходиться так: \(R = 4{V_1 \over I_1}\). І т. д.
Безумовно, тут ми не враховуємо звичайний ККД і энегрию на розігрів катода, тому реальні значення \(K_{\eta2}\) будуть трохи менше. З іншого боку, для цього методу можуть бути розроблені спеціальні вакуумні лампи, у яких буде достатня велика відстань анод-катод при відносно невеликих напругах, а також, у яких буде досягнуто оптимальне співвідношення між \(V_2\) \(V_1\). Це буде сприяти менш складною схемотехніці перемикачів і великим значенням \(K_{\eta2}\).

Горчилин В'ячеслав, 2016 р.
* Передрук статті можлива за умови встановлення посилання на цей сайт та додержанням авторських прав

« Назад
2009-2018 © Vyacheslav Gorchilin